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Etude des caractéristiquesgéotechniques et d'érodabilitédes sols de la ville de Manaus

l'slIEl5lufl.SllÉ,

of the

Cet article présente des relations entre les paramètresgéotechniques obtenus pour les sols de la ville deManaus, située dans la région amazonienne, au Brésil.Cette recherche a pour objectif l'interprétation del'érodabilité des sols de quatre ravins dans la zon,eurbaine. Les résultats montrent que la minéralogie etles propriétés physiques de ces sols sont variables parrapport à la cote altimétrique de la ville. En effet, dansles cotes supérieures, le sol est argileux, dans les cotesintermédiaires, il est argilo-sableux et dans les cotesplus basses, il devient sableux. Pour cela, nous avonsfait des essais de comportement mécanique en sols nonremaniés d'un ravin situé dans une cote intermédiaire.Ces essais ont consisté en la mesure d'érodabilité dansl'appareil d'Inderbitzen, en cisaillement direct, encourbes de rétention d'eau et un essai SPT fn sifu. Descorrélations entre quelques caractéristiques physiquesont été possibles. Pourtant, en fonction des particularitésde structure et de la composition minéralogique de cessols, les corrélations entre le comportement mécaniqueet l'érodabilité n'étaient pas si évidentes. Malgré cela,on remarque la forte influence de la nature du sol sur lescaractéristiques géomécaniques et d'érodabilité du profilde sol d'un de ces ravins.

Mots-clés : corrélations, érodabilité, géotechnique, solstropicaux.

This paper presents of the relations between the soilsgeotechnical properties obtained from the gullies in the town ofManaus, in the Amazonian region, in Brazil. This research aimsat the interpretation of the soil erodibility came from four gulliesin the urban district. The results show that the mineralogyand the physical soils properties are variable with the leveldimension of the city. Indeed, it was observed that the soilproflle of the city is very uniform, with a shallow clayey iayer inregions above the sea water level and a sand layer in regionsbelow it. For that, we carried out tests of mechanical behaviorfor the undisturbed soils from of the guily in the medium level.These laboratory tests consisted of the measurements of theerodibility soils from the Inderbitzen Test, Direct Shear; thecurves characteristics and the field test SPT The correlationsbetween the soils properties were possible. Howevel accordingto the particularities of structure and mineralogical soiicomposition, the correiation between the other properties cantbe obvious. In spite of that, it was noted the influence nature ofthe soil in the geomechanicals characteristlcs and erodibility inthe soil profile of one of these gullies.

Key words : correlâtions, erodibility, geotechnical, tropical soils.

REVUE rRANçArsE or cÉorEcuNreuEN" 193

2" trimestre 9008

(nrésil)

M. GOUTTE.LIilIASEMENTP

La BarriurnT;;:t :"i;imarislg@.hotmail.fr

J. CAÀ/IAPUM

DE CARVALHO(Jniversité de Brasilia

Faculté de TechnologieProgramme de géotechnique

7aerc-eog?lilii;

carnryum@unb,br

C. ALVES DA FROTAUniversité d'AmazonasFaculté de Technologie

Laboratoire de Méc,aniquedes So/s

6e073-e70 lluryu: :AM - Brésilcafrota@yahoo.com.br

ÀIDtn : Les discussrons surcet article sant acceptéesjusqu'aLt 7r' mars 2009.

geotechnicalStudychara cterization and soils erodibilityin the town of Manaus (gral.,il)

| {-,IL'l(oILIPlull-ot<

3

lntroduction

La ville de Manaus, capitale de l'Etat d'Amazonas,située dans la région nord du Brésil, a une superficiede 11 458,8 kmt, sachant que I'État d'Arnazonas a unesuperficie de 1 558 987 km2. Sa localisation se trouveentre les parallèles 03o 00'l03o 10'S et les méridiens 59o55'/60o 07' W, au centre géographique de l'Amazonie.La ville est limitée par la rive gauche de la confluencedes rivières Negro et Solimôes, qui forment ensemble lefleuve Amazone.

La ville a un relief modéré dont l'altitude moyenneest de 65 m au-dessus du niveau de la mer. D'après Fer-nandes Filho (1,997), les surfaces topographiques lesplus élevées de la ville de Manaus se trouvent près dela cote 100 m au-dessus du niveau de la mer. La régionprésente un climat humide et chaud, caractérisé pardeux saisons prédominantes : une saison des pluies(l'hiver), qui se prolonge du mois d'octobre au mois dejuin et une saison sèche (I'été), du mois de juillet au moisde septembre. Les précipitations annuelles moyennesvarient entre 2 100 et 2 500 mm, ce qui provoque descrues périodiques dans }a région.

D'après Fernandes Filho et al. (1997) la géologierégionale est représentée par les sédiments Meso-Céno-zoïques de la formation a Alter do Châo > et les dépôtsquaternaires de la formation a Solimôes ll. La forma-tion Alter do Châo est un système géologique du Cré-tacé, caractérisé par des sédiments rouges et faiblementconsolidés. Elle est constituée, essentiellement par desarénites, des limonites et des argilites, qui forment lesubstratum rocheux de la ville. Yarénite de cette for-mation est connue, régionalement, comme rc AréniteManaus )), qui est la principale source de cailloux et degraviers pour les travaux publics dans la région.

Les sols de la ville de Manaus sont classifiés, pédo-logiquement, comme < latosols jaunes ). Ces sols ontune texture variable entre argileuse, sablo-argileuseou argile-sableuse et encore, sableuse. Ils sont forte-ment drainés avec une coloration jaunissante et richesen minéraux de quartz et en minéraux argileux du typekaolinite.

Le processus d'érosion dans la ville est provoquéprincipalement par la concentration excessive des eauxpluviales et la déforestation près des lotissements qui,associés aux caractéristiques des sols, est à l'origine desravinements. Ce phénomène se manifeste sur la couchela plus superficielle du profil de latosol jaune, provo-quant d'abord des ruissellements et ensuite de grandsravins sur le terrain. Dans la plupart des cas, ces ravinsarrivent à 18 m de profondeur. Les études régionales encours permetfront de mieux connaître les mécanismesd'origine et d'évolution de ces ravins. Elles aideront àconcevoir des projets géotechniques de contrôle d'éro-sion dans la région. Cet article présente l'étude géotech-nique réalisée sur quatre ravins situés dans trois zoneset sur des cotes altimétriques différentes dans la ville deManaus. Ces cotes ont été obtenues à l'aide d'un GPS etde la carte hyposométrique de la région. Sur Ia figureL, on peut noter gue les ravins étudiés sont le a Canara-nas l, qui se situé sur la cote altimétrique 100 m, (( Dis-trito r entre les cotes altimétriques 75 m-100 m et finale-ment, deux ravins nommés a Târumâ 1 t et a Târumâ 2 ))

entre les cotes 50 m-75 m.

Erosion Location Map - Manaus CityLegerul

+ Sosion

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Manau#Amazonæ-ErazilProjactlon UTM - Datum SAD ôg

CentrâlMeridan ôû WGr8 4.S 3,æO 5.mA 7M etno

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4

Les ravins étudiés dans la zone urbaine deManaus.

I1 faut signaler aussi que sur la carte des nappesphréatiques présentée par Bento (1998), nous avonsconstaté que sur les ravins Canaranas et Distrito,, leniveau d'eau se trouve à des profondeurs supérieuresà 30 m. Cependant, dans les ravins Târumâ, la nappephréatique se trouve à des profondeurs qui varient de0à10m.

Cette recherche a nécessité un nombre consid éra-ble d'essais de caractérisation physique et minéralo-gique sur les profils de sol de ces quatre ravins. Étantdonné que le profil de sol du ravin Distrito est situésur la cote altimétrique intermédiaire, nous avons réa-lisé aussi des essais pour l'analyse du comportementmécanique et de l'érodabilité de ces sols . Yanalyse desrésultats est basée sur des corrélations entre les para-mètres géotechniques obtenus.

E[a problématique d' érosiondes sols au Brésil

Uérosion est définie comme l'ensemble des pro-cessus, par lesquels les matériaux de l'écorce terrestresont détachés et transportés d'un endroit à l'autre pardes agents érosifs, tels que l'eau (érosion hydrique), Ievent (érosion éolienne) et la glace (érosion glaciaire),parmi d'autres.

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REVUE FRANçAIsË or cÉorucHNteuEN" 1932" trimestre 2008

Lérosion hydrique, prépondérante au Brésil, estune conséquence du régime des pluies, de l'action desvagues au bord des lacs, de la mer, de I'océan, maisaussi tout au long des rivières et des fleuves. Lérosionpar la pluie, qui est une des plus importantes dans lesrégions tropicales, a deux agents érosifs : la goutte quitombe et l'écoulement superficiel qui en résulte.

Les régions du Brésil, comme les alentours de lacapitale Brasilia, dans le District Fédéral et les villesde Goiânia, de Sâo Paulo, de Manaus et les États duParan â et du Rio Grande do Sul sont beaucoup tropaffectés par le problème d'érosion des sols. Cette situa-tion est due à l'occupation désordonnée du sol dans lescommunes urbaines et aussi par ies pratiques parfoisinappropriées dans les zones rurales. Plusieurs recher-ches sont menées au Brésil afin de trouver des solu-tions aux problèmes géotechniques qui caractérisentles processus érosifs liés à l'érosion hydrique.

Il faut remarquer qu'au Brésil, les régions affectéespar les processus de ravinement sont caractérisées parun profil de sol poreux, résiduelle ou non, où presquetoujours la nappe phréatique est profonde. Dans ce cas,toutes les modifications physico-chimiques des solssont provoqués par l'écoulement dans un milieu nonsaturé, principalement après la formation des ravinsdue au processus d'érosion.

La formation du ravin peut aussi induire à un abais-sement de la nappe phréatique, ce qui provoque ledéclenchement de l'érosion interne et la dégradationphysico-chimique du sol, par lessivage, près des talusde ces ravins.

Comme l'érosion dépend de nombreux facteurs,son occurrence intervient de façon différente selon lesrégions, ce qui demande des études et des solutionsparticulières. Par exemple, dans le District fédéral (auCentre-Ouest du Brésil), la plupart des ravins ont uneforme en ( V ) dont la profondeur est limitée par lesroches plus résistantes menant l'écoulement d'eau às'encaisser dans les couches moins résistantes du subs-tratum rocheux (Mortari et Camapum de Carvalho,1994). Selon Vilar et Prandi (1993), à Sâo Paulo (dans leSud-Est du Brésil) et au Paranâ (dans le Sud du Brésil),les formations des ravins ont plutôt une forme en ( U )et à Manaus (dans le Nord du Brésil), les ravins ont, engrande partie, une forme d'amphithéâtre (Lima, 1999).La figure 2 montre ces types de ravins dans les villesde Manaus et de Brasilia. De cette manière, on peutconstater que comme leurs formations et leurs évolu-tions sont dlfférentes, il existe plusieurs propositionsde modèles évolutifs pour expliquer ce processus éro-sif. Pour essayer de comprendre le mécanisme d'évo-lution des érosions à Manaus, nous avons établi unprogramme d'essais de laboratoire et des observationsde mécanismes de rupture sur le terrain.

:r'ifilÏti"ifi;r1',1'1:1i::liXiiiitill"tiit!,triffi1it#t:ti'titi Ravins dans les villes de Manaus et Districtfédéral.a) Ravin Distrito (Manaus) ; b) Ravin Districtfederal.

EÉtude exp,ërimentale

Létude expérimentale a été conduite sur quatreravins représentatifs des érosions de la ville de Manausnommés : Canaranas, Distrito, Târumâ l et Târumâ 2(Fig. 1). Après la caractérisation physico-minéralogi-que des profils de sols de chaque ravin, celui du Dis-trito a eté choisi, en fonction de ses caractéristiquesintermédiaires par rapport aux autres ravins, pour lapoursuite des études sur le comportement mécaniqueet l'érodabilité des sols.

Les essais de caractéristation physique ont consistéen la détermination de la teneur en eau naturelle (w,.,u,),

du poids volumique des grains (T"), des limites d'At-terberg (w, et wr) et des analyses granulométriquesréalisées avec ou sans le défloculant.

La minéralogie a été déterminée en utilisant la tech-nique de diffraction de rayons X sur les échantillons desol passés sur le tamis de 74pm (# 200). Les lames ontété confectionnées en exerçant une légère pression,pour éviter l'orientation de particules de sol.

Létude du comportement mécanique réalisée pourle ravin, situé sur la cote intermédiaire (ravin Distrito), aconsisté en des essais ædométriques et de cisaillementdirect des échantillons dans les conditions saturées et nonsafurées, de déterminations de courbes de rétention d'eauet d'essais in situ, tels que le SPT (Standard PenetrationTëst) et SPFT (mesure de la résistance à la torsion aprèschaque évaluation du nombre de coups dans l'essai SPI).Ainsi, l'essai SPT a eté réalisé sans circulation d'eau etavec des mesures de torsion en utilisant une clé d5rna-mométrique avec aiguille suiveuse de capacité jusqu'à48 Kgf.m. Les essais ont été réalisés tous les mètres, avecdes prélévèments d'échantillons, jusqu'à 13 m de profon-deur. Les essais ædométriques réalisés dans les conditionssaturée et non saturée ont permis d'évaluer Ie potentield'affaissement du sol pour les profondeurs de 3 m et de5 m dû à 1a saturation. Les résultats des essais en condi-tions saturées ont permis aussi de définir une vitesse decisaillement dans la boîte de Casagrande pour les essaisdrainés. Lessai de Casagrande dans 1es conditions saturéeet non saturée a été réalisé pour les profondeurs de 1.,3,5,7 et8 m. Il est possible, par exemple, de vérifier par f inon-dation de l'échantillon, la susceptibilité des paramètres derésistance lorsque le sol a subi un événement pluvieux.Dans ce cas, la succion diminue significativement avec lavariation de la teneur en eau sur le terrain.

Les courbes de rétention d'eau ont été mesuréespar la technique du papier filtre. Les échantillons utili-sés étaient ceux du carottage lors d'essai SPT et aussides échantillons non remaniés prélevés aux profon-deurs de 1, 3, 5,7 eT B m.

Lérodabilité se définit par la facilité des particu-Ies des sols à être désagrégées et transportées, ce quireflète la prédisposition d'un ffie de sol à résister auxefforts des agents érosifs. De cette manière,I'érodabilitéest conditionnée essentiellement par la résistance dusol à l'action des agents érosifs. Les essais d'érodabilitéréalisés ont été l'Inderbitzen Test (Inderbitzen, 1961), IePinhole Test (Sherard ef aI., 1976) et des essais de désa-grégation. On remarque ici que les données utiliséesdans les corrélations avec les autres caractéristiques dessols, sont les pertes de sol obtenues dans l'essai d'Inder-bitzen (conditions saturée et non saturée), car elles sontquantifiés, tandis que les autres (la désagrégation et lePinhole Test) sont des mesures plus qualitatives.

5REVUE FRANçA|SE or cÉorucHNteuE

N" 1932. trimestre 9008

Caractérisation physique et min éralogique

Les tableaux I à IV montrent les résultats descaractéristiques physiques obtenus pour les quatreravins. Ces résultats révèlent deux aspects importantspour les profils de sols étudiés. Le premier montreque la teneur en argile (déterminée avec l'agent dis-persant) et les limites d'Atterberg ont tendance àdiminuer par rapport à la profondeur dans chaqueprofil. Et le deuxième aspect montre, en observanttous les tableaux, que le sol du ravin Canaranasest plus argileuX, ensuite que les sols du ravin Dis-trito possèdent 1es caractéristiques d'une argilesableuse ou d'un sable argileux et ceux des ravinsTârumâ, sont les plus sableux. Comme chaque ravinse trouve dans une cote altimétrique différente, onpeut aussi analyser ces propriétés par rapport à lacote altimétrique estimée pour chacun de ces ravin.

Dans les études de sols tropicaux, l'analyse miné-ralogique constitue un outil auxiliaire pour la compré-

tiiftl,.ii'ffili{iïii',U;i|t' Caractérisation physique (ravin Canaranas).

honcinn r:l'rrn nrnfil à'cl+ârcfinn rla cnl rloc'vrr^nrlr-i6--LllvIlJl\-.rll \l LLLl yr \JILL \-^ (-tlLrvl LlLl\-rLl- \lrv é\JL, \-^VJ

lJL \lyf f\z

tés physiques et des comportements mécaniques dessols. Pour vérifier l'influence des minéraux argileux surles propriétés physiques de ces sols,, sur le compor-tement mécanique et sur l'érodabilité, on a consid éréles valeurs de l'intensité des pics de la kaolinite et duquartz dans chaque diffractogramme des rayons X. Lakaolinite est un silicate d'alumine qui résulte de l'al-tération et le quartz est un minéral très résistant à lamétéorisation. La figure 3 montre les profils des résul-tats de caractérisation physique et minéralogique pouries quatre ravins en fonction de la cote altimétrique parrapport au niveau de la mer (Lima et al., 2000). Len-semble des résultats montre que la teneur en quartz eten kaolinite augmente avec la réduction de la cote alti-métrique estimée pour les profils de sols. Cette figuremet en évidence deux remarques : la continuité desprofils des propriétés des sols avec la profondeur etl'évidence d'un profil sédimentaire unique ; l'intem-périsation due au climat est semblable dans les quatreprofils des sols analysés et en accord avec la teneur enquartz, peu altérable.

0,5

1,

2

3

4

5

O

7

B

q

10

11

12

37,0 74,4 41,,4 33,1

38,9 82,7 48,4 34,2

39,6 84,5 49,9 34,6

40,2

34,6

84,9 57 ,9 27,0

79,8 50,5 29,3

34,7 7 5,1. 49,1. 26,0

33,4 69,4 44,1 25,2

28,1 65,1 41,0 24,1

26,8 57,9 38,3 1,9,6

24,6 53,7 33,2 20,5

24,9 43,0 29,1, 13,9

26,0 49,0 28,2 20,8

0,0 9,0 13,5 77 ,5 0,0 9,0 64,0 27,0

26,3 13,0 11,5 7 5,5 1.6,0 56,0 28,0

26,0

26,1 13,5 11,5 17,0 60,0 1,1,0 11,0 46,0 32,0

26,3 0,9 24,5 11,0 64,0 24,5 57,0 18,0

26,3 0,5 41,5 12,0 46,0 40,5 32,00,5 27,0

'iTllr:lïiiiffiî{ti î,ii Caractérisation physique (ravin Distrito).

25,2

24,8

17,1. 46,3 30,1 16,2

21,1. 41,0 26,8 14,2

1.4,9 35,4 23,2 12,2

1,5,3 34,6 21,5 13,1

1,3,7 27 ,0 17 ,1, 9,9

61,5 40,0 21,5

56,2 38,7 17,5

5,1,

42

5,6

26,40 25,0 38,5 10,5 26,0 25,0 50,0 19,0

26,26 61,,0 10,0 28,0 57,0 29,0

26,19 49,5 13,5 36,0 52,0 35,0

26,31 60,0 7,0 33,0 0,0 63,0 25,0

26,3 0,0 55 13 32 0,0 55 44

1,0

1,0

1,r0

1,,0

1,,0

0,0

1, r0NL NP NP

NL i\P NP

3

4

5

6

7

B

9

10

1,1

12

13,0

12,0

12,0

10,4 22,8 17,6

14,4 24,2 20,0

1,1,,1, 24,6 1,9,1

6,3

1,1,,1

26,24 77,0 6,0 16,0 79,0 1,2,0 8,0

6REVUE FRANçAIsE or cÉorucrNrQuEN" 1239" trimestre 2008

fiïl!!#Uj!{r,T!, ,!ffi Caractérisation physigue (ravin Târumâ 7).

1 9,2

2 9,4

3 7,6

4 1,1.,1

5 1,1,2

6 15,6

7 1B,B

1,4,8 4,1

1,5,2 4,7

NP NP

1.5,7 9,7

NP NP

NP NP

NP NP

18,9

20,0

NL

25,4

NIL

NL

NL

26,6 71,0 17,0 7 4,0 21,,0

26,4 0,5 83,5 4,0 1,2,0 0,5 83,5 10,0 6,0

26,5 0,0 87,0 3,0 1"0,0 0,0 92,0 7,0 1,,0

1 13,6

2 8,6

3 7,9

4 11,3

5 8,1.

6 10,9

7 1.6,2

B 22,6

25,1.

17,6

NL

19,2

NL

17,8

20,3

16,8

17,7

NP

NP

1.5,1.

NP

15,9

1,6,6

15,4

7,4

NP

NP

4,1

NP

1' rg

3,7

1,,5

26,2 62,0 28,0 61,0 19,0 19,0

26,3 2,0 7 4,0 17,0 2,0 7 6,0 1,9,0

26,2 81,,0 3,0 15,0 83,0 10,0

26,9 0,0 73,0 B,O 1,9,0 0,0 7 4,0 11,0

7,0

1,01,0

3,0

6,0

L5,0

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l-e- nrgite II f *----*1)a

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S40-L\o'o 30aGo-o20lCo.()

E10

0 20 40 60 B0 1000 20 40 60 B0

b)Plasticité (%) c) Granulométrie (%)

0 10 20 30 40 50 60 70

Limite de liquidité wL (%)

tiIïffii,nffififf,tg: É Diagramme de Casagrande.

10010 000 20 000 30 000 40 000

a) Minéralogie (int. pics)

iliii'iiliiiiiiiïii;iiliit?tijiiTlii,f,!,F,ffii,#titjii Essais de caractérisation géotechnique enfonction de la cote altimétrique.

On remarque d'une manière générale, dans tous lesravins, que la teneur en argile diminue par rapport àla profondeur et que le pourcentage de limon est plusimportant dans les analyses granulométriques sansl'utilisation de dispersant, ce qui indique, qu'il s'agit, eDpartie, d'agrégats des sols et non seulement de particu-les indépendantes . La figure 4 montre le diagramme deCasagrande et la position de chaque ravin dans ce gra-phique. On peut constater que les sols du ravin Canara-nas sont caractérisés comm€ L,, ceux du ravin Distrito,la moitié est L, et l'autre partie en fonction de la profon-deur est A^ et les sols du Târumâ sont classifiés commeL^. On reràarque dans ce diagramme que la majoritédËs points se trouvent au-dessous de la iigne A carac-téristique non rare dans les sols tropicaux.

ffiComportement mécanique

La figure 5 montre les profils de SPT (N), de tor-sion (T) et de succion matricielle (u"-u*) pour le ravinDistrito jusqu'à la profondeur de 13 m. Dans ce cas lesvaleurs de succion ont été obtenues à partir d'échan-tillons de sols prélevés lors des essais SPT On remar-que que les valeurs de N et des torsions (T) ont ten-dance à diminuer par rapport à I'augmentation de laprofondeur jusqu'à 6 m, et à partir de cette profondeur;ils ont tendance à augmenter. On peut observer aussique les mesures de succion ont tendance à diminueren fonction de la profondeur) ce qui est en accord avec l

REVUE FRANçAISE DE GÉoTEcHNIQUEN" 123

2" trimestre 2008

: SilÎfi""' l,'u,Tllil,", /''nneAx Tarumâ I (4)

r1l

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Argiles peu plastiques (Ao) l r/ r r I I

r.oal ^

Limons très plastiques (L,)

Y Limons (L-)

* 4A' et sols organiquesi^ peu plastiques

0 0

Ies .uariations des propriétés des sols, telslométrie, la plasticité et la teneur en eauau long de la profondeur. On peut direparamètres N et T dépendent aussi bienque des propriétés physiques tel l'indice

de la succion lors de l'écoulement. En effet, la pénétra-tion de I'eau dans le sol non saturé engendre, dans lespores, une pression d'air qui provoque le détachementde particules quand elle dépasse la cohésion effectiveou la cimentation du sol.

rii'iiiili:'flit:'itit'r# .v'ïiii,ti:' Pertes de sol (essai d'Inderbitzen) (ravin

Distrito).

ryrrê ln nrnnrr-Y*- ru Yr s^ru

naturelle toutaussi, que lesde la succionde vides.

u"-u* (kPa)N

20

T (Ksf.m)

10 20 1 000 2 000 3 000 4 000

E

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fiit{;r*inlilrti1i,!ffiitiiif, iii:iii Profils de N (Set1, T (torsion) et u"-u*(succion) (ravin Distrito).

Le tableau V présente les paramètres de résistance(c et 0) obtenus dans la boîte de Casagrande (cisaille-ment direct) pour les conditions naturelle (non saturée)et saturée (succion - zéro) à des profondeurs de 1, 3,5, 7 et B m. Ces résultats montrent une réduction de lacohésion du sol avec l'inondation au fur et à mesureque la profondeur augmente.

iriiifrtiii,tæ{t#ffi* ni Paramètres de résistance (ravin Distrito).

ffiCourbes de rétention d'eau

Les mesures de succion ont été faites, par séchage,en utilisant la technique du papier filtre, d'après lesrecommandations de I'ASTM (1992). Nous avons essayéde les mettre en corrélation avec les paramètres géo-techniques obtenus et de vérifier l'influence directe deceux-ci sur l'érodabilité des sols pour Ia région urbainede Manaus . La figure 6 montre les courbes de réten-tion d'eau pour le profil de sol sur Ie ravin Distrito.On remarque les grandes variations de succion sur lacouche superficielle à 1 m au-dessous du niveau du ter-rain. Il est évident que cette couch e a été plus exposéeà la météorisation, soumise à des cycles de séchage etd'humidification.

30

25

s;,0

15

10

5

0100 1 000 10 000

uu-u* (kPa)

Tïi,Hi.ffiiii,iili,iili{,fffiffiiÉ Courbes de rétention d'eau (ravin Distrito).

1,,0

3,0

5,0

7,0

8,5

0,2941

0,9906

0,2305

0,7996

O,BB74

0,5017

0,5971

0,233

O,BBB7

0,0929

1,,0 64,8

3,0 41

5,0 11,3

7,0 24

8,5 69

39,5 28,B

31,,3 16

35,4 5,6

35,7 3

27 ,1, 41

39,5

31,,4

41,1.

32,2

224

ryEssais d'érodabilité

Uérodablité des sols a été déterminée par l'essaid'Inderbitzen (1961). Cet essai consiste à passer unécoulement d'eau sur un échantillon de sol avec unedéclivité de 10o et un débit de 50 ml/s. Les valeurs deperte de sol sont déterminées après un temps d'essaide 30 minutes d'écoulement d'eau. Ces résultats sontmontrés dans le tableau VI. Lunité des valeurs de pertede sol est donnée par (g/mm2). Les essais ont été réali-sés sur des échantillons naturel (non saturé) et saturée(succion - zéro), pour le ravin Distrito. Ces résultatsmontrent une liaison directe entre l'érodabilité (pertede sol) et la cohésion du sol saturé. Il est cependantimportant de remarquer que pour la condition nonsaturée, il n'y a pas une liaison directe entre Ia cohésionet l'érodabilité dû à l'influence contraire de la réductionI

REVUE FRANçAISE DE GEOTECHNIQUEN" 193* trimestre 9008

-4F 1,0 m--+-- 3,0 m

-o- 5,0 m-^- 7,0 m+- 9,5 m

Corrélations

ffiPropri étés physiques

Les corrélations présentées ici ont été ajustées auxmeilleures tendances. Les résultats de caractérisationphysique montrent que les sols du ravin Canaranas sontplus argileux, étant identifiés par une plasticité élevée etdes valeurs importantes de la teneur en eau nafurelle. Lessols du ravin Distrito sont caractérisés comme des sablesargileux et moyennement plastiques. Enfin, les sols duravin Târumâ sont plus sableux par rapport aux deuxautres profils analysés, présentant une faible plasticité,voire aucune plasticité dans les grandes profondeurs.

En faisant la corrélation entre les résultats de lateneur en eau naturelle (w"r.) et les propriétés de consis-tance (wr_, w, et Ir) des prôfils des ravins analysés., onobserve {u'il'existè une tendance à la corrélation linéaireentre CeS indices, en montrant une augmentation deIa teneur en eau par rapport aux propriétés plastiques(Fig. 7). On peut aussi vérifier sur cette figure que lescaractéristiques d'humidité et de plasticité des profilsdes ravins se décalent selon la position des cotes altimé-triques où ils se trouvent. Ce résultat révèle, eo plus deIa caractérisation du profil de sol tSnpique pour la régionde Manaus, que la composition minéralogique de ces

sols est fondamentalement la même.

La figUre B confirme l'influence du pourcentage d'ar-gile sur les Iimites de plasticité (w,- et wo) et l'indice deplasticité (Ip), c'est-à-dire,, plus le pourcentage d'argile estélevé, plus ies limites de plasticité, les indices de plasticitéet les teneurs en eau naturelles seront importantes. Il fautremarquer que l'inclinaison de la droite sur la figure B,

qui corrèle l'indice de plasticité et Ie pourcentage d'ar-gile, représente le coefficient de I'activité moyenne deSkempton (Iu), gui est d'environ 0,46, cQ qui classifie ces

sols comme-inactifs . La plus grande dispersion de ces

résultats par rapport aux résultats de la figure 7 peut être,au moins en partie, expliquée par le fait que, sur cettefigure les résultats ont été obtenus pour les sols à I'étatd'agrégation naturel, Sur la figure B, Ia teneur en argile a

été obtenue après la désagrégation du sol par une solu-tion de défloculant.

'ffi1'înii;ffiftni;!:#X,, i C orrélationsconsistance.

30w"", (%)

entre w'at

s?70o()ËooÈa

Esoo()o40EU)

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20

10

60Argile (%)

Corrélations entre le pourcentage d'argile etles limites de consistance.

Benevelli et a1. (2003) montrent que dans les solstropicaux, le niveau de désagrégation par l'action de Iasolution défloculant dépend de la stabilité des agrégatset conséquemment du niveau de la météorisation qui acontribué pour la formation du sol.

Dans un profil de sol tropical, l'action des intempé-ries est généralement minimisée en fonction de l'aug-mentation de la profondeur, indépendamment de lacote topographique du relief. En analysant ces mêmescorrélations avec le pourcentage d'argile sans l'utilisa-tion de la solution défloculant, nous avons constaté lamême tendance du graphique vu dans la figure B.

Les coefficients de corrélation entre la plasticité etla somme des pourcentages d'argile et de limon (Fig. 9)

ont été légèrement supérieurs aux coefficients, où onavait consid éré seulement le pourcentage d'argile (Fig.B). Les tableaux I à IV montrent que dans les analysesgranulométriques sans l'utilisation de la solution déflo-culant, le pourcentage de limon est trop élevé,, ce quipeut indiquer que, soit la fraction limon est active, soit,elle est transformée en argile, dans les analyses avecl'utilisation de la solution défloculant.

0 20 40 60 80 100

Argile + limon (%)

î,|iitl1i1n1i1;tiiiiffiIiffiffi Corrélations entre les sommes d'argile et delimon et les limites de consistance.

10

0

9REVUE FRANçAISE DE GEOTECHNIQUE

N'1239" trimestre 2008

Canaranas (100 m)l i

A Distrito tzs mi 'f i- ---i'---7

_L-- --__- _- Jr | (wr)

R2 = 0,9518

xl

r Canaranas (100 ma Distrito (75 m)

x Tarumâ (50 m r Canaranas (100 m)

^ Distrito (75 m)x Tarumâ (50 m)

et les limites de

Propri,étés physiq ues et minéralogiq ues

Afin d'analyser le niveau de corrélation existantentre la minéralogie, les limites de plasticité et la gra-nulométrie, nous avons déterminé les intensités despics de la kaolinite et du quartz. Ces valeurs ont étéobtenues à partir des diffractogrammes des essais auxrayons x à chaque profondeur.

La figure 10 présente le graphique de corrélationentre la kaolinite et l'indice de plasticité. Cette mêmetendance a été observée pour les limites d'Atterberg.Cette figure montre qu'il y a une diminution de laa teneur > de la kaolinite avec l'augmentation des pro-priétés plastiques et conséquemment du pourcentaged'argile. Ceci paraît contrarier les concepts sur les limi-tes de plasticité, dont les mesures sont dépendantes dutype et de la quantité des minéraux argileux présentsdans les sols.

les hypothèses antérieures puisqu'il y a une bonnecorrélation entre ces deux paramètres. Or comme l'al-tération du quartz est difficile, il peut être consid érécomme un élément tampon . La figure 12 montre unebonne relation entre le pourcentage de sable et l'inten-sité du pic de quartz, ce qui démontre que Ia fractionde sable est, en grande partie, quartzeuse.

Les corrélations vues ci-dessus ont montré que lesdifférences tout au long des profils, de sols de mêmequ'entre les ravins, sont fortement associées auxvariations de cotes altimétriques. Chaque profil de solétudié a été affecté par les processus d'intempérie etde météorisation qu'il a subis tout au long du temps.C'est-à-dire, que sur les cotes similaires, nous avonsdes propriétés et des caractéristiques des sols similai-res. Cela pourra changer si le processus d'intempérieet la matière organique ont agi différemment.

Fatalement, c'est le cas pour les cotes de ces ravins,,ce qui interfère imperceptiblement sur les propriétés etle comportement mécanique de ces sols. 11 est évident,cependant, que le ravin Distrito, en terme de car acté-ristiques de sol, présente un comportement intermé-diaire si on le compare aux autres ravins étudiés, ce quinous a fait opter alors pour la poursuite et l'approfon-dissement des recherches sur ce ravin.

r Canaranas (100 m)a Distrito (75 m)x Tarumâ (50 m

o.=.cboJ.()o.o=acoC

27 000

17 000

12 000

Corrélation entre l'intensité du pic de lakaolinite et l'indice de plasticité.

Cette relation est due, probablement, à la présenced'un autre type de minéral argileux qui n'a pas pu êtreidentifié dans les analyses de rayons x et que sa pré-sence a une influence remarquable sur la plasticité deces sols. Cardoso (2002) montre que la plasticité dessols tropicaux augmente avec la teneur en oxyhy-droxyde de fer. Il est possible qu'une analyse miné-ralogique complémentaire puisse nous expliquer cescorrélations inverses. Toutefois, dans cet ensemble, lesdispersions entre les deux paramètres sont importan-tes et on remarque la nécessité de la compréhensiondes résultats à partir des profils d'intempérie et de laformation des sols dans la région.

on peut observer que sur les cotes supérieures, etpartant du domaine plus argileux (profil Canaranaset partie du profil Distrito), les propriétés de sols sontgroupées dans une tendance prédéterminée et Ie restedans une autre tendance, mais en gardant un certainparallélisme entre elles. Même si dans cet article, oDne présente pas la corrélation de l'intensité de pic de lakaolinite avec la teneur en argile, on remarque qu'elle ala même tendance que celle observée sur la figure 10.

Sur la figure 11., on trouve la corrélation espéréeexistante entre l'intensité du pic de quartz etl'indice deplasticité. C'est-à-dire que plus importante est la teneuren quartz, plus petit sera l'Io. Ces résultats confirment

al I i Itltl35000:-***-.f- -+---*+ *+-**

tillttll

25 000 +"

20 000 *;

15 000---

I _rl

0510152025303540l, (o/o)

tttttittiitiiil1i,titiii')tiiiitîi:1;t;Vffi$1tîitfttt",,:tt:', COffélatiOn entfe l'intenSité du piC du qUaftzet l'indice de plasticité.

15 20

t"{%)

NL

Gf,(t.9o_.o.=acq)

c

25 35

40 000

35 000

N 30 000ËCT

e 25 000

.9

-o 20 ooo

a5 rs oooc

10 000

5 000

0

I Canaranas (1OO m)l I j x I

40 60

Sable (%)

Corrélation entre l'intensité du pic du quartzet le pourcentage de sable.

10REVUE FRANÇAISE DE GEOTECHNIQUEN'1932" trimestre 2008

r Canaranas (100 m)a Distrito (75 m)x Tarumâ (50 m)

11

G9rsoo

3f

I

=' 1 ooo

G.g50c.9 40a.o€30O

I

Propriëtés physiq ues, minéralogiq ues

et de comportement mécanique

Les analyses de corrélations entre les caractéris-tiques physico-minéralogiques et le comportementmécanique ont été obtenus pour le ravin Distrito. 11 fautsignaler que nous avons travaillé avec la tendance desgrâphiqués car le nombre des résuitats a été limité.

Le graphique de la figure 13 met en relation lesvaleurs de cohésion et les intensités de pics de la kaoli-nite. Cette figure montre que plus l'intensité de pic de lakaolinite est importante,, plus la cohésion du sol est éle-vée, tandis qu'en faisant la même relation pour l'anglede frottement, on a trouvé un Comportement inverse,comme on pouvait l'espérer. Un autre aspect doit êtremis en question sur ces résultats : la kaolinite n'est pas

un minéral argileux très actif et pourtant il est cohésif.Il faut remarquer que, dans le cadre de la météorisationdes sols tropicaux, les oxyhydroxydes de fer et d'alu-minium contribuent à un Vpe de cimentation pour ces

sols, en plus de la kaolinite. Leroueil et Barbosa (1999)

introduisent la composante de cohésion due à la cimen-tation dans la résistance des sols tropicaux.

Nous n'avons pas pu obtenir de relations entre les

paramètres de résistance et les intensités de pics dequartz. D'après le graphique de la figure 1,2, Ia phasegranulaire de Ce sol, à }'état naturel, peut être consti-iuée d'autres minéraux, en plus de quartz, Ce qui pro-voque la dispersion entre les points. Le même compor-tement a été observé pour des relations avec la Sommeentre l'argile et le limon.

Norrs savons que le type de minéral d'argile, f in-dice de vides et le degré de saturation ou la teneur en

eau, sont des facteurs importants dans Ia définition de

la succion d'un sol. En plusieurs Cas, les corrélationsavec chacun de ces facteurs séparément, Conduisent àdéterminer) parmi eux, lequel exercera une plus forteinfluence Sur la succion pour un certain type de sol.Dans l'étude de la succion matricielle du profil de soldu ravin Distrito, nous avons analysé f influence de lanature du sol Sur Ce paramètre. D'autres analyses sontprésentées par Lima (1999).

Les mesures de succion utilisées dans la corrélationont été obtenues à partir des échantillons prélevés avec

l'humidité naturelle pendant l'essai du SPT Pour cela,

on a utilisé la technique du papier filtre.

Comme la succion dépend de la composition granu-lométrique, celle-ci étant d'autant plus importante quele sol est plus argileux, on a essayé d'établir une cor-rélation entre les propriétés plastiques et les mesuresde succion matricielle . La figure 14 montre la relationentre la succion matricielle et I'activité de Skempton (I,)

pour ces sols, ce qui indique qu'il existe une influencede la nature du sol dans son comportement.

2 500

2 000

0,2 0,6 0,8

Activité de Skempton (1")

ttlifiu,V;u11ii!1;i1t:r1tratiififfij:1,#*t1i:i|: Corrélation entre la succion matricielle etl'activité de SkemPton.

ffilf;||'| rili.][frfr

Pro p riëtés p hysico- m i néra I ogiq u es,

comportement mécaniq ue et érodabilité

La corrélation entre l'érodabilité des sols et lesparamètres géotechniques est très difficile due augrand nombre de variables qui interfèrent dans cettepropriété. Les essais d'érodabilité n'ont été realisésque pour le ravin Distrito. Ainsi, nous avons obtenusquelques relations entre les valeurs de pertes de so1

(P.S.) trouvées dans l'essai d'Inderbitzen et les autrespropriétés des sols.

Il faut tenir compte du fait que dans les essais d'In-derbitzen Sur des sols non saturéS, au fur et à mesureque les essais sont réalisés, le degré de saturation, etpar conséquent, la succion et le comportement propredu sol vont changer. Ces altérations se produisent au

Cours d'essais imposant des limitations pour l'obten-tion de corrélations avec les autres propriétés du sol.La seule tendance de corrélation acceptable de la pertede sol à |'éTat initial non saturé a étê obtenue avec lafraction de sable (Fig. 15).

10

0

2 000 7 000 12 000 17 000

Intensité pic kaolinite

r;Virtfilfi,iitliiil:ffiirlçfffii1t::u Comélation entre la cohésion et l'intensitédu pic de la kaolinite.

Dans les sols tropicaux, la fraction limon et sableest, dans la plupart des cas, composée par des agrégatsd'argile, Iimon etlou sable. Le ciment dans ces agrégatspeuf être formé par ponts d'argile ou par oxyhydroxy-des de fer etlou d'aluminium.

Benevelli et al. (2003), montrent que les agrégatsexistants sur les profils des sols tropicaux ne sont pas,

en leur majorité, désagrégeables sous l'effet d'hexamé-taphosphate de sodium, qui est la solution de déflocu-lant utiiisée dans les essais de sédimentation au Brésil.I1 faut remarquer que certains agrégats présents dansles sols tropicaux demandent de l'énergie mécaniquepour être défaits.

REVUE FRANçAIsE oE eÉoreclNlQUEN" 123

2" trimestre 9008

0

1,2 1,2

1N

EE

_b o,t

3:r 0,6

Ea€ 0,4oËoÈ 0,2

ç1È

€-- 0,8

I

35 0,6

ba

€ 0,4

oË8 0,2

50

Sable (%)

1:1:t'i;:!,"i:1:'tu"t::;::1t;11:1::itittitttitir.lffiiltti#l#jtii!tti Corrélation entre la perte de sol (non saturé)et le pourcentage de sable.

La figure 16 montre la corrélation entre la pertede sol (échantillon à l'état saturé) et le pourcentagede limon obtenu sans l'utilisation de la solution déflo-culant. On peut noter l'influence positive du limon àI'état naturel dans l'érodabilité. on remarque que cettemême tendance a été observée pour la relation avec dela kaolinite. Dans la condition saturée, il est possiblede vérifier que la perte de sol, et donc I'érodabilité,augmente avec la diminution de la cohésion du sol,alors que dans la condition non saturée, on n'a trouvéaucune tendance (Fig. 17). La figure 18 montre cepen-dant qu'il y a une bonne corrélation entre Ia perte desol, à l'état initial saturé et la variation de cohésion (ac).Dans cet article, la variation de cohésion (Âc) est don-née par l'équation suivante :

Ac : csaturé - cnonsaturéx

100Cnonsaturé

Dans les sols tropicaux, Bender (1g8s) a vérifiéque l'érodabilité est directement liée à la résistanceau cisaillement. Ce fait a été constaté aussi par Bastos(1999). Dans cet article, pour les sols de Manaus, on aremarqué qu'il y a aussi une relation entre la variationde la résistance au cisaillement et les valeurs d'éroda-bilité (perte de sol saturé).

10 20 30 40 50

Limon sans le dispersant (%)

tiXnlj,;'int1iiiXi11irit1tl,:1;1iiffiinîÆ:rj:i Corrélation entre la perte de sol et lepourcentage de limon sans le dispersant.

20 40 60 80Cohésion (kPa)

CorréIation entre Ia perte de sol et la cohésion.

N

EEo)

cr)IO

x

o@

oEoËo

o_

1

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

(1)

40 60 80 100

Cohésion (%)

Corrélation entre la perte de sol et lavariation de perte de cohésion.

Des résultats, on peut constater que :

- les caractéristiques de la teneur en eau, de la plasti-cité et les fractions granulométriques des ravins étu-diés dans la ville de Manaus se trouvent alignés et nesont décalés que par les positions sur les coies altimé-triques ;

- les relations entre les pourcentages d'argile, les limi-tes de plasticité et la teneur en eau sont convenableset cohérentes. Dans ce cas, les résultats valident l'in-fluence de l'argile sur les propriétés plastiques du solet sur la teneur en eau naturelle, ce qui revient à direque, plus le pourcentage d'argile est important, plus leslimites de liquidité et de plasticité, l'indice de plasticitéet aussi la succion sont élevés ;

- les caractéristiques de succion, les paramètres decohésion et aussi l'érodabilité sont influencés par lanature du sol ;

EConclusion

1,2

ç1tr

€.- 0,8

3l! 0,6oU)

3 0,4oË8 0,2

12REVUE FRANÇAIsE oe cÉorEclNteuEN" 1232" trimestre 9008

y = 0,0196*+0,e538

R2 = 0,9424

y = 0,0173x-o'558

R2 = 0,7003

Bibliographie

- la rrorfa rla nnhécinn rla cnl r]rrê 2lr l-\r^rrêcerrc rlo <.cfrr-ru IJç'l

çv v.ç çvllvulvar vlv Jvr uuv u* -y^

\-,r\vtvrJJ\.ÂL, vrrv J(JL\I

ration montre un excellent indicateur pour la prévisionde l'érodabilité pour les sols tropicâuX ;

- les meilleures relations ont été obtenues avec lesvaleurs de perte de sol dans l'état saturé. Étant donnéles facteurs qui influencent conjointement les proprié-tés des sols dans l'état naturel tels que : la succion, la

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13REVUE FRANçAIsE or cÉorucHNteuE

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